Основным устройством в области электрики и электроники является регулируемый клапан, который позволяет слабым сигналом регулировать больший поток, аналогично соплу, которое регулирует поток воды из насосов, трубок и других устройств. В свое время этот регулируемый клапан, который применялся в области электричества, представлял собой вакуумные лампы. Внедрение и использование электронных ламп были хорошими, но сложность с этим была большой, и потреблялась огромная электрическая мощность, которая передавалась в виде тепла, что сокращало срок службы лампы. В качестве компенсации этой проблемы транзистор был устройством, которое обеспечило хорошее решение, удовлетворяющее требованиям всей электрической и электронной промышленности. Это устройство было изобретено «Уильямом Шокли» в 1947 году. Чтобы обсудить больше, давайте подробно рассмотрим тему знания, что такое транзистор , реализуя транзистор как переключатель , и многие характеристики.

Что такое транзистор?

Транзистор - это трехконтактный полупроводниковый прибор. которые могут использоваться для коммутации приложений, усиления слабых сигналов, а тысячи и миллионы транзисторов соединены между собой и встроены в крошечную интегральную схему / микросхему, которая создает компьютерную память. Переключатель транзистора, который используется для размыкания или замыкания цепи, что означает, что транзистор обычно используется в качестве переключателя в электронных устройствах только для приложений низкого напряжения из-за его низкого напряжения. мощность потребление. Транзистор работает как переключатель, когда он находится в областях отсечки и насыщения.

Типы биполярных транзисторов

По сути, транзистор состоит из двух PN-переходов, эти переходы образованы сэндвичем N-типа или P-типа. полупроводник материал между парой противоположных типов полупроводниковых материалов.

Биполярный переход транзисторы классифицируются по типам

NPN
PNP

Транзистор имеет три вывода: Base, Эмиттер , и коллектор. Эмиттер - это сильно легированный терминал, и он испускает электроны в базовую область. Клемма базы слегка легирована и пропускает инжектированные эмиттером электроны на коллектор. Коллекторный вывод промежуточно легирован и собирает электроны с базы.

Транзистор типа NPN представляет собой композицию из двух легированных полупроводниковых материалов N-типа между легированным полупроводниковым слоем P-типа, как показано выше. Точно так же транзисторы типа PNP представляют собой композицию из двух легированных полупроводниковых материалов P-типа между легированным полупроводниковым слоем N-типа, как показано выше. Функционирование транзисторов NPN и PNP одинаково, но они различаются по смещению и полярности источника питания.

Транзистор как переключатель

Если в схеме используется Биполярный транзистор как переключатель h, то смещение транзистора, NPN или PNP, настраивается для работы транзистора по обе стороны кривых ВАХ, показанных ниже. Транзистор может работать в трех режимах: в активной области, в области насыщения и в области отсечки. В активной области транзистор работает как усилитель. Как транзисторный ключ, он работает в двух областях, а именно: Область насыщенности (полностью включен) и Отсеченная область (полностью выключен). В транзистор как схема переключателя является

Транзистор как переключатель

Транзисторы обоих типов NPN и PNP могут работать как переключатели. В некоторых приложениях силовой транзистор используется в качестве коммутационного инструмента. В этом состоянии может не потребоваться использование другого сигнального транзистора для управления этим транзистором.

Режимы работы транзисторов

Из приведенных выше характеристик видно, что розовая заштрихованная область в нижней части кривых представляет область отсечки, а синяя область слева представляет область насыщения транзистора. эти области транзистора определяются как

Отсеченная область

Условиями работы транзистора являются нулевой входной базовый ток (IB = 0), нулевой выходной ток коллектора (Ic = 0) и максимальное напряжение коллектора (VCE), что приводит к образованию большого обедненного слоя и отсутствию тока, протекающего через устройство.

Поэтому транзистор переключается в положение «Полностью выключено». Таким образом, мы можем определить область отсечки при использовании биполярного транзистора в качестве переключателя, как будто переходы NPN-транзисторов имеют обратное смещение, VB<0.7v and Ic=0. Similarly, for PNP transistors, the emitter potential must be –ve with respect to the base of the transistor.

Режим отключения

Затем мы можем определить «область отсечки» или «режим выключения» при использовании биполярного транзистора в качестве переключателя, как если бы оба перехода были смещены в обратном направлении, IC = 0 и VB<0.7v. For a PNP transistor, the Emitter potential must be -ve with respect to the base terminal.

Характеристики области отсечения

Характеристики в области отключения:

И база, и входные клеммы заземлены, что означает '0' В
Уровень напряжения на переходе база-эмиттер менее 0,7 В.
Переход база-эмиттер находится в обратном смещенном состоянии.
Здесь транзистор работает как ОТКРЫТЫЙ переключатель.
Когда транзистор полностью выключен, он перемещается в область отсечки
Переход база-коллектор находится в обратном смещенном состоянии.
На клемме коллектора не будет протекания тока, что означает Ic = 0.
Значение напряжения на переходе эмиттер-коллектор и на выходных клеммах «1».

Область насыщенности

В этой области транзистор будет смещен так, что будет приложена максимальная величина базового тока (IB), что приведет к максимальному току коллектора (IC = VCC / RL), а затем к минимальному напряжению коллектор-эмиттер (VCE ~ 0). уронить. В этом состоянии обедненный слой становится настолько маленьким, насколько возможно и максимальным током, протекающим через транзистор. Поэтому транзистор включен «полностью».

Насыщенный режим

Определение «области насыщения» или «режима включения» при использовании биполярного NPN-транзистора в качестве переключателя означает, что оба перехода имеют прямое смещение, IC = Максимум, и VB> 0,7 В. Для транзистора PNP потенциал эмиттера должен быть + ve по отношению к базе. Это работа транзистора как переключателя .

Характеристики области насыщения

В характеристики насыщения находятся:

И база, и входные клеммы подключены к Vcc = 5 В
Уровень напряжения на переходе база-эмиттер более 0,7 В.
Переход база-эмиттер находится в прямом смещенном состоянии.
Здесь транзистор работает как ЗАКРЫТЫЙ переключатель.
Когда транзистор полностью выключен, он переходит в область насыщения.
Переход база-коллектор находится в прямом смещенном состоянии.
Ток на клемме коллектора Ic = (Vcc / RL).
Значение напряжения на переходе эмиттер-коллектор и на выходных клеммах «0».
Когда напряжение на переходе коллектор-эмиттер равно «0», это означает идеальное состояние насыщения.

В дополнение работа транзистора как переключателя можно подробно объяснить, как показано ниже:

“зарядное устройство для окон на солнечной энергии ”

Транзистор как переключатель - NPN

В зависимости от значения приложенного напряжения на краю базы транзистора происходит переключение. Когда между эмиттером и краями базы имеется хорошее напряжение, которое составляет ~ 0,7 В, тогда поток напряжения на коллекторе к краю эмиттера равен нулю. Таким образом, транзистор в этом состоянии работает как переключатель, а ток, протекающий через коллектор, считается током транзистора.

Точно так же, когда на входной вывод не подается напряжение, транзистор функционирует в области отсечки и работает как разомкнутая цепь. В этом методе переключения подключенная нагрузка контактирует с точкой переключения, где она действует как контрольная точка. Таким образом, когда транзистор переходит в состояние «ВКЛ», будет протекать ток от клеммы источника к земле через нагрузку.

Транзистор NPN как переключатель

Чтобы прояснить этот метод переключения, давайте рассмотрим пример.

Предположим, что транзистор имеет значение сопротивления базы 50 кОм, сопротивление на краю коллектора составляет 0,7 кОм, а приложенное напряжение равно 5 В и принимает значение бета как 150. На краю базы применяется сигнал, который изменяется от 0 до 5 В. . Это соответствует тому, что выход коллектора наблюдается путем изменения значений входного напряжения, которые составляют 0 и 5 В. Рассмотрим следующую диаграмму.

Когда V_ЭТО= 0, то I_C= V_{ОКРУГ КОЛУМБИЯ}/Р_C

IC = 5 / 0,7

Итак, ток на выводе коллектора составляет 7,1 мА.

Поскольку значение бета равно 150, то Ib = Ic / β

Ib = 7,1 / 150 = 47,3 мкА

Итак, базовый ток 47,3 мкА.

При указанных выше значениях максимальное значение тока на клемме коллектора составляет 7,1 мА при условии, что напряжение между коллектором и эмиттером равно нулю, а значение базового тока составляет 47,3 мкА. Таким образом, было доказано, что когда значение тока на краю базы увеличивается выше 47,3 мкА, то транзистор NPN переходит в область насыщения.

Предположим, что транзистор имеет входное напряжение 0 В. Это означает, что ток базы равен «0», и когда эмиттерный переход заземлен, эмиттер и базовый переход не будут находиться в состоянии прямого смещения. Итак, транзистор находится в выключенном состоянии, а значение напряжения на краю коллектора составляет 5 В.

Vc = Vcc - (IcRc)

= 5-0

Vc = 5 В

Предположим, что транзистор имеет входное напряжение 5 В. Здесь текущее значение на базовой кромке можно узнать, используя Принцип напряжения Кирхгофа .

Ib = (Vi - Vbe) / Rb

Когда рассматривается кремниевый транзистор, он имеет Vbe = 0,7 В.

Итак, Ib = (5-0,7) / 50

Ib = 56,8 мкА

Таким образом, было доказано, что когда значение тока на краю базы увеличивается выше 56,8 мкА, то транзистор NPN переходит в область насыщения при условии на входе 5 В.

Транзистор как переключатель - PNP

Функциональные возможности переключения для транзисторов PNP и NPN аналогичны, но отличие состоит в том, что в транзисторе PNP ток протекает от клеммы базы. Эта конфигурация переключения используется для отрицательного заземления. Здесь базовая кромка имеет соединение с отрицательным смещением в соответствии с кромкой эмиттера. Когда напряжение на клемме базы больше -ve, будет протекать ток базы. Чтобы было ясно, что когда существуют клапаны с очень минимальным или отрицательным напряжением, тогда это делает транзистор закороченным, если не разомкнутым, или иначе высокий импеданс .

“как вырабатывается мощность постоянного тока ”

В этом типе подключения нагрузка связана с коммутационным выходом вместе с контрольной точкой. Когда транзистор PNP находится в состоянии ВКЛ, ток будет течь от источника к нагрузке, а затем к земле через транзистор.

PNP-транзистор как переключатель

Как и при переключении NPN-транзистора, вход PNP-транзистора также находится на краю базы, в то время как вывод эмиттера соединен с фиксированным напряжением, а вывод коллектора соединен с землей через нагрузку. На рисунке ниже поясняется схема.

Здесь базовый вывод всегда находится в состоянии отрицательного смещения в соответствии с фронтом эмиттера и базой, которую он подключил к отрицательной стороне, а эмиттер - к положительной стороне входного напряжения. Это означает, что напряжение от базы к эмиттеру отрицательное, а напряжение от эмиттера к коллектору положительное. Таким образом, проводимость транзистора будет, когда напряжение эмиттера будет более положительным, чем напряжение на выводах базы и коллектора. Таким образом, напряжение на базе должно быть более отрицательным, чем на других клеммах.

Чтобы узнать значение тока коллектора и базы, нам понадобятся следующие выражения.

Ic = Ie - Ib

Ic = β. Один

Где Ub = Ic / β

Чтобы прояснить этот метод переключения, давайте рассмотрим пример.

Предположим, что цепи нагрузки требуется 120 мА, а бета-значение транзистора равно 120. Тогда значение тока, необходимое для перехода транзистора в режим насыщения, равно

Ib = Ic / β

= 120 мА / 100

Ib = 1 мАмп

Таким образом, если базовый ток равен 1 мА, то транзистор полностью открыт. В то время как в практических сценариях для правильного насыщения транзистора требуется примерно 30-40 процентов большего тока. Это означает, что базовый ток, необходимый для устройства, составляет 1,3 мА.

Операция переключения транзистора Дарлингтона

В некоторых случаях коэффициент усиления постоянного тока в устройстве BJT очень минимален для прямого переключения напряжения или тока нагрузки. Из-за этого используются переключающие транзисторы. В этом состоянии небольшое транзисторное устройство включено для включения и выключения переключателя и повышенного значения тока для регулирования выходного транзистора.

Чтобы увеличить коэффициент усиления сигнала, два транзистора соединены способом «комплементарной конфигурации сложения усиления». В этой конфигурации коэффициент усиления является результатом работы двух транзисторов.

Транзистор Дарлингтона

Транзисторы Дарлингтона обычно включаются с двумя биполярными транзисторами типа PNP и NPN, где они соединены таким образом, что значение усиления исходного транзистора умножается на значение усиления второго транзисторного устройства.

Это дает результат, когда устройство работает как отдельный транзистор с максимальным усилением по току даже при минимальном значении базового тока. Полный коэффициент усиления по току устройства переключения Дарлингтона является произведением значений коэффициента усиления по току как PNP-, так и NPN-транзисторов, и это представлено как:

β = β1 × β2

С учетом вышеизложенного, транзисторы Дарлингтона, имеющие максимальные значения β и тока коллектора, потенциально связаны с переключением одного транзистора.

Например, когда входной транзистор имеет значение усиления по току 100, а второй имеет значение усиления 50, тогда общий коэффициент усиления по току равен

β = 100 × 50 = 5000

Таким образом, когда ток нагрузки составляет 200 мА, тогда значение тока в транзисторе Дарлингтона на клемме базы составляет 200 мА / 5000 = 40 мкА, что является большим уменьшением по сравнению с прошлым 1 мА для одного устройства.

Конфигурации Дарлингтона

В транзисторе Дарлингтона есть в основном два типа конфигурации:

Конфигурация переключателя транзистора Дарлингтона демонстрирует, что выводы коллектора двух устройств соединены с выводом эмиттера исходного транзистора, который имеет соединение с краем базы второго транзисторного устройства. Таким образом, значение тока на выводе эмиттера первого транзистора будет формироваться, когда входной ток второго транзистора, таким образом, будет находиться в состоянии «включено».

Входной транзистор, который является первым, получает свой входной сигнал на клемме базы. Входной транзистор обычно усиливается и используется для управления следующими выходными транзисторами. Второе устройство усиливает сигнал, что приводит к максимальному значению усиления по току. Одной из важнейших особенностей транзистора Дарлингтона является его максимальное усиление по току по сравнению с одним устройством BJT.

Помимо возможности максимальной коммутации напряжения и тока, другим дополнительным преимуществом является максимальная скорость переключения. Эта операция переключения позволяет использовать устройство специально для цепей инвертора, двигателя постоянного тока, цепей освещения и регулирования шагового двигателя.

Вариация, которую следует учитывать при использовании транзисторов Дарлингтона по сравнению с обычными одиночными типами BJT при реализации транзистора в качестве переключателя, заключается в том, что входное напряжение на переходе базы и эмиттера должно быть больше, что составляет почти 1,4 В для устройств кремниевого типа. как из-за последовательного соединения двух PN-переходов.

Некоторые из общих практических применений транзистора в качестве переключателя

В транзисторе, если ток не течет в цепи базы, ток не может течь в цепи коллектора. Это свойство позволит использовать транзистор в качестве переключателя. Транзистор можно включать и выключать, меняя базу. Есть несколько применений схем переключения, работающих на транзисторах. Здесь я рассмотрел транзистор NPN, чтобы объяснить несколько приложений, в которых используется транзисторный переключатель.

Световой выключатель

Схема разработана с использованием транзистора в качестве переключателя, чтобы зажечь лампочку при ярком освещении и выключить ее в темноте и Светозависимый резистор (LDR) в потенциальном делителе. Когда вокруг темно Сопротивление LDR становится высоким. Затем транзистор выключается. Когда LDR подвергается воздействию яркого света, его сопротивление падает до меньшего значения, что приводит к увеличению напряжения питания и увеличению тока базы транзистора. Теперь транзистор включен, коллекторный ток течет и лампочка загорается.

Переключатель с подогревом

Одним из важных компонентов схемы термовыключателя является термистор. Термистор - это тип резистора. который реагирует в зависимости от окружающей температуры. Его сопротивление увеличивается при низкой температуре и наоборот. Когда термистор нагревается, его сопротивление падает, а базовый ток увеличивается, после чего увеличивается ток коллектора, и срабатывает сирена. Эта конкретная схема подходит как система пожарной сигнализации. .

“бесщеточный esc с щеточным двигателем ”

Переключатель с подогревом

Управление двигателем постоянного тока (драйвер) в случае высокого напряжения

Предположим, что на транзистор не подается напряжение, тогда транзистор отключается, и ток через него не течет. Следовательно реле остается в выключенном состоянии. Питание двигателя постоянного тока запитывается от нормально закрытой (NC) клеммы реле, поэтому двигатель будет вращаться, когда реле находится в состоянии ВЫКЛ. Подача высокого напряжения на базу транзистора BC548 вызывает включение транзистора и включение катушки реле.

Практический пример

Здесь мы узнаем значение базового тока, необходимого для того, чтобы транзистор полностью перешел в состояние ВКЛ, когда нагрузке требуется ток 200 мА, когда входное значение увеличивается до 5 В. Также знайте стоимость руб.

Базовое значение тока транзистора составляет

Ib = Ic / β рассмотрим β = 200

Ib = 200 мА / 200 = 1 мА

Величина сопротивления базы транзистора Rb = (Vin - Vbe) / Ib.

Rb = (5 - 0,7) / 1 × 10^-3

Rb = 4,3 кОм

Транзисторные переключатели широко используются во многих приложениях, таких как сопряжение оборудования с большим током или высоким напряжением, такого как двигатели, реле или светильники, до минимального значения напряжения, цифровых ИС или используются в логических элементах, таких как элементы И или ИЛИ. Кроме того, когда выходной сигнал логического элемента равен + 5 В, тогда как устройству, которое необходимо регулировать, может потребоваться напряжение питания 12 или даже 24 В.

Или такой нагрузке, как двигатель постоянного тока, может потребоваться контроль скорости с помощью нескольких непрерывных импульсов. Транзисторные переключатели позволяют выполнять эту операцию быстрее и проще по сравнению с традиционными механическими переключателями.

Зачем использовать транзистор вместо переключателя?

При использовании транзистора вместо переключателя даже минимальная величина базового тока регулирует более высокий ток нагрузки на выводе коллектора. Используя транзисторы вместо переключателя, эти устройства поддерживаются реле и соленоидами. Тогда как в случае, когда необходимо регулировать более высокие уровни токов или напряжений, используются транзисторы Дарлингтона.

В целом, можно сказать, что некоторые из условий, которые применяются при работе транзистора в качестве переключателя, являются

При использовании BJT в качестве переключателя необходимо использовать либо неполное, либо полное состояние ВКЛ.
При использовании транзистора в качестве переключателя минимальное значение тока базы регулирует повышенный ток нагрузки коллектора.
При реализации транзисторов для переключения в качестве реле и соленоидов тогда лучше использовать диоды маховика.
Для регулирования больших значений напряжения или тока в лучшем случае работают транзисторы Дарлингтона.

И эта статья предоставила исчерпывающую и ясную информацию о транзисторе, рабочих областях, работе как коммутатор, характеристиках, практических применениях. Еще одна важная и связанная с этим тема, которую необходимо знать, - это то, что цифровой логический транзисторный переключатель а его рабочая, принципиальная схема?